Wpływ paneli słonecznych na dachach na temperaturę miejską

Panele słoneczne na dachach miast mogą wpływać na temperaturę całodobowo sztucznie zmieniając klimat w miastach.

Coraz powszechniejsze stosowanie paneli słonecznych na dachach budynków miejskich może prowadzić do wzrostu temperatury w upalne dni oraz obniżenia jej nocą – wynika z nowego modelowania komputerowego. Badania przeprowadzone przez dr. Ansara Khana z Uniwersytetu w Kalkucie oraz profesora Matheosa Santamourisa z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Sydney wykazały, jak instalacja paneli fotowoltaicznych na dachach budynków może wpływać na warunki klimatyczne w skali miasta.

Efekt dziennego ogrzewania i nocnego ochładzania

Zespół naukowców przeanalizował wpływ paneli fotowoltaicznych na temperaturę w miastach w różnych scenariuszach pokrycia dachów w Kalkucie, Indiach. Przeprowadzono również badania dla czterech innych miast – Sydney, Austin, Aten oraz Brukseli – aby porównać wyniki z wynikami uzyskanymi dla Kalkuty. Symulacje wykazały, że przy 100-procentowym pokryciu dachów panelami fotowoltaicznymi, temperatura w mieście może wzrosnąć w dzień o nawet 1,5°C podczas okresów letnich oraz spaść nocą o około 0,6°C.

Powiększenie temperatury w ciągu dnia wynika przede wszystkim z niskiego albedo paneli, czyli ich zdolności do odbijania promieniowania słonecznego. Panele absorbują znaczną ilość energii słonecznej, przekształcając ją na prąd, ale również generując ciepło, które przyczynia się do ogrzewania powierzchni dachów. W rezultacie powierzchnia dachów może osiągać temperaturę nawet 70°C, co utrudnia ochłodzenie lokalnego klimatu w ciągu dnia. Z drugiej strony, nocą panele przekazują ciepło przez promieniowanie, co sprawia, że ich powierzchnia jest chłodniejsza niż otoczenie, co przyczynia się do obniżenia temperatury powietrza wokół nich. Jest to szczególnie ważne w kontekście rosnących temperatur nocnych, które mogą ocieplić się nawet o 4°C w przeciągu najbliższego stulecia.

Potencjalne korzyści i wyzwania

Naukowcy podkreślają, że choć instalacja paneli fotowoltaicznych na dachach jest ważnym krokiem w kierunku transformacji energetycznej i odchodzenia od paliw kopalnych, może również prowadzić do pewnych niekorzystnych zmian w lokalnym klimacie. W przypadku miasta takiego jak Sydney, niemal 40% energii elektrycznej wytwarzanej przez panele służyłoby do kompensacji skutków przegrzewania budynków, głównie przez dodatkowe obciążenie klimatyzacji.

Z drugiej strony, panele fotowoltaiczne mogą mieć pozytywny wpływ na inne lokalne warunki, takie jak koncentracja zanieczyszczeń. Panele mogą zwiększać wysokość granicznej warstwy atmosfery, co prowadzi do zwiększenia prędkości wiatru i rozcieńczenia zanieczyszczeń. Dodatkowo, w miastach nadmorskich, takich jak Kalkuta, panele mogą poprawiać penetrację bryz morskich, co również pomaga w zmniejszeniu koncentracji zanieczyszczeń na poziomie gruntu.

Zintegrowane rozwiązania jako odpowiedź na wyzwania

Wyniki badań wskazują, że istnieje potencjał do opracowania zintegrowanych rozwiązań, które pozwolą na zminimalizowanie negatywnego wpływu paneli fotowoltaicznych na temperatury miejskie. Profesor Santamouris sugeruje, że jednym z rozwiązań mogłoby być wykorzystanie systemów hybrydowych, łączących panele PV z systemem kolektorów termicznych opartych na wodzie, które mogłyby pochłaniać nadmiar ciepła do produkcji ciepłej wody użytkowej.

Obecnie możliwe jest chłodzenie powierzchni paneli fotowoltaicznych przez cyrkulację wody, co nie tylko obniża temperaturę pracy paneli, ale również zwiększa ich efektywność. Projektowanie systemów, w których woda przepływa za panelami, pozwala na absorpcję nadmiaru ciepła, a jednocześnie dodatkowa energia słoneczna może być wykorzystana do produkcji taniej ciepłej wody.

Dodatkowo, stosowanie materiałów o wysokiej zdolności do odbijania ciepła, takich jak „chłodne dachy”, może zmniejszać efekt przegrzewania w ciągu dnia i poprawiać produkcję energii przez pobliskie panele PV. Innym rozwiązaniem mogłoby być zastosowanie zielonych dachów, które dodatkowo poprawiają efektywność paneli i redukują temperaturę powierzchni.

Przyszłość paneli słonecznych na dachach

Aby panele fotowoltaiczne mogły nadal być stosowane na szeroką skalę na dachach budynków miejskich, niezbędne jest wdrożenie rozwiązań zintegrowanych, które maksymalizują ich efektywność przy jednoczesnym minimalizowaniu wpływu na lokalny klimat. Kombinacje paneli PV z zielonymi dachami lub materiałami odbijającymi ciepło mogą zwiększyć zdolność produkcji energii nawet o 6–7%, a jednocześnie znacząco obniżyć temperaturę powierzchni dachów.

Panele słoneczne są kluczowym elementem przechodzenia na odnawialne źródła energii, jednak konieczne jest znalezienie sposobów na minimalizowanie ich potencjalnych negatywnych skutków w kontekście miejskim. Zrozumienie, jak panele PV wpływają na lokalne warunki klimatyczne, oraz zastosowanie innowacyjnych rozwiązań pozwoli na dalszy rozwój tej technologii w sposób zrównoważony i korzystny dla wszystkich mieszkańców miast.

Szymon Ślubowski